Geotermální energie

Obsah kapitoly

3.1 Geotermální zdroje
3.2 Historie využití geotermální energie
3.3 Geotermální teplárny a elektrárny
3.4 Využití geotermální energie
3.5 Geotermální energie a životní prostředí
Testové otázky

Slovo geotermální má původ ve dvou řeckých slovech: geo (země) a therme (teplo), jedná se tedy o tepelnou energii Země, která bývá nazývána geotermální energie. Studiem zemského tepla se zabývá geotermika.

Planeta Země vznikla asi před 4,6 miliardami let. V tomto období se svou strukturou podstatně lišila od současného stavu – byla žhavá a roztavená. Až teprve před 3 miliardami let klesla teplota zemského povrchu pod 100 °C a na povrchu vznikla zemská kůra, která postupně tuhla do větší hloubky.

Je zajímavé, že 99 % objemu naší planety má teplotu vyšší než 1000 °C. Tyto teploty se vyskytují v zemském nitru, avšak při vulkanické činnosti se rozžhavená láva často objevuje i na zemském povrchu. Různé techniky umožňují teplo ze zemského nitra odebírat a pokrýt jím část naší spotřeby energie.

Obr. 3.1: Projevy vulkanické činnosti Země

Země má uvnitř strukturu, která se často přirovnává ke struktuře cibule. Skládá se ze zemského jádra, zemského pláště a zemské kůry. Zemské jádro má poloměr asi 3430 km. Rozlišujeme mezi vnějším tekutým jádrem a vnitřním jádrem z pevného materiálu. Maximální teploty v zemském jádru dosahují 6000 °C . Vnitřní zemské jádro, které je převážně složeno ze železa a niklu, by při těchto teplotách bylo za atmosférického tlaku v plynném skupenství. S přibývající hloubkou však v zemském nitru stoupá tlak, který dosahuje hodnot až 4 milionkrát větších, než je atmosférický tlak. Tyto extrémně vysoké hodnoty tlaku způsobují, že vnější část zemského jádra je kapalná, kdežto vnitřní je v pevném skupenství. Dále od středu Země je plášť, který je možné dělit na spodní a svrchní. Vnější slupku zemského tělesa tvoří zemská kůra tlustá od 6 km pod oceány až po 70 km na pevnině pod nejvyššími pohořími. V Čechách má tloušťku 30–34 km.

Obr. 3.2: Struktura Země

Teplo uvnitř zemského nitra pochází z menší části ze zbytkového tepla v době vzniku Země, z převážné části z rozpadu jader radioaktivních prvků.

V nitru Země je dostatek geotermální energie, pro nás je však dostupná pouze svrchní vrstva zemské kůry. Podle odhadů je v nejsvrchnější tříkilometrové vrstvě zemské kůry tolik tepla, které by stačilo pokrýt spotřebu lidstva nejméně na 100 000 let.

Zemská kůra a nejvyšší vrstvy zemského pláště vytvářejí tzv. litosféru. Její tloušťka je mezi několika kilometry až do více než 100 kilometrů. Sestává ze sedmi velkých a několika menších litosférických desek. Tyto pevné a poněkud křehké desky plavou na vrstvě tzv. astenosféry, na materiálu, který již není pevný. Desky se neustále pohybují. V oblastech, kde na sebe dvě desky narážejí, vznikají často zemětřesení a je zde vyšší výskyt vulkanické činnosti. Můžeme zde pozorovat i termické anomálie. Vysoké teploty se tak mohou objevit i v menších hloubkách, kde se již může zemské teplo efektivně využívat.

Teplo na Zemi proudí od míst teplejších k chladnějším a ze zemského povrchu je tepelná energie vyzařována do atmosféry. Tepelná energie se může šířit dvěma způsoby, vedením a prouděním. Vedení spočívá ve vzájemném působení částic hmoty, při kterém částice teplejších míst předávají část své kinetické energie částicím chladnějších míst. Teplejší místa se tak ochlazují a chladnější zahřívají. Proudění probíhá, pokud se částice začnou vzájemně přemísťovat. Dochází k němu například při zahřívání tekutiny, která změní v daném místě hustotu.

Nejčastěji probíhá přenos tepla k zemskému povrchu prouděním magmatu. Magma, křemičitanová tavenina, se tvoří částečným tavením hornin pláště i zemské kůry. Magma vystupuje směrem vzhůru, kde postupně chladne. Pokud se setká se zavodněnou oblastí, může v hloubkách několik kilometrů dojít k zahřátí vody i na 200 °C, vysoký tlak však zabraňuje jejich varu. Pokud tlak klesne, voda se vaří a uniká pára. Vodní páry se často mísí s plyny, které obsahují síru, někdy dusík a některé inertní plyny. Průduchy pak páry unikají na povrch. Zatímco sirné plyny lidské smysly rozpoznají okamžitě, větší koncentrace oxidu uhličitého jsou nezachytitelné, a proto smrtelně nebezpečné. Roku 1986 v Lake Nyos v Kamerunu výrony oxidu uhličitého z kráterového jezera usmrtily 1700 lidí.

Horké vody, pokud jsou pod tlakem, prorazí na povrch a projeví se jako teplé prameny nebo vystřikují jako gejzíry. Nejslavnější gejzír Old Faithful v Yellowstonském národním parku v USA stříká každých 60 minut do dvacetimetrové výšky po dobu 5 minut.

Zpět na začátek

3.1 Geotermální zdroje

Geotermální zdroj je ta část geotermální energie, která může být ekonomicky využívána. Zásoby geotermální energie jsou zkoumány pomocí vrtů.

Využití geotermálních zdrojů je značně ovlivněno geologickým složením, ekonomickou a technickou vyspělostí země, její péčí o životní prostředí včetně snahy o omezení skleníkového efektu. Využití geotermální energie je také často omezeno vysokými náklady na její čerpání. Pro posouzení možnosti využití má význam přítomnost nebo nepřítomnost užitkové vody, která slouží k přenosu tepla. Důležité je, že geotermální energie je v podstatě zdrojem pro místní využití. Dosud nejdelší teplovod je pouze 70 km dlouhý a je na Islandu.

Podle teploty dělíme geotermální zdroje na vysokoteplotní, středněteplotní a nízkoteplotní. Vysokoteplotní zdroje mají teploty nad 200 °C a jsou výhradně ve vulkanicky aktivních oblastech. Lze je využít na přímou výrobu elektřiny. Středněteplotní zdroje mají teploty v rozmezí 150 °C až 200 °C. Jsou použitelné jak pro přímé vytápění, tak pro výrobu elektřiny. Nízkoteplotní zdroje mají teploty pod 150 °C, jsou ze všech zdrojů nejhojnější a najdeme je jak ve vulkanicky aktivních, tak ostatních oblastech. Lze je využít na vytápění obydlí, skleníků, pro řadu průmyslových procesů a pro tepelná čerpadla.

Geotermální zdroje jsou na světě velmi nerovnoměrně rozmístěny, řada z nich byla objevena náhodou při vrtech prováděných při těžbě ropy a zemního plynu. Vysokoteplotní zdroje jsou v Evropě omezeny pouze na Island, Itálii, Řecko a Azory. Nízkoteplotní a středněteplotní zdroje jsou častější, například ve Francii a Maďarsku.

Velmi zjednodušené je dělení geotermálních systémů na vulkanické a nevulkanické, což do značné míry souhlasí s výše uvedeným dělením podle teploty.

Původ zemské energie

Vnitřní energie Země je příčinou všech geologických pochodů, při kterých se uvolňuje teplo na povrch Země. Hlavní příčina vzniku tepla v zemské kůře je rozpad radioaktivních prvků. Většina tepelné energie pochází z uranu, částečně přispívá thorium a radioaktivní draslík. Několikatisícistupňové teplo v nitru Země je však stále předmětem diskusí a někdy i vášnivých sporů. Uveďme alespoň jeho základní možné zdroje:

Původní teplo zemského tělesa, které zbylo z dob jeho vzniku. Kolik jej zbylo, není přesně známo.
Rozpad radioaktivních prvků. Objevem radioaktivity se zcela změnily naše názory na původ zemského tepla. Starší představy o postupném vychládání Země se zcela změnily potom, co se zjistilo, že rozpad radionuklidů produkuje teplo. Proto se od objevu radioaktivity na začátku 20. století pokládá tento proces za hlavní zdroj zemského tepla. Tento názor je dodnes některými odborníky kritizován a zpochybňován. Zdroj tepla rozpadem radionuklidů je téměř nevyčerpatelný.

Přírodní radioaktivní prvky v horninách jsou zdrojem jaderného záření alfa, beta a gama a neutronového záření. Hlavním zdrojem jaderného záření v horninách jsou uran, draslík a thorium. V tabulce jsou poločasy přeměny přírodních radionuklidů.

Tab. 3.1: Poločasy přeměny přírodních radionuklidů

Izotopy ₉₂²³⁸U, ₉₂²³⁵U a ₉₀²³²Th jsou počátečními prvky rozpadových řad, jejichž členy jsou nestabilní a jsou zdroji jaderného záření. Konečnými členy rozpadových řad jsou stabilní izotopy olova.

Sluneční záření. Je sice obrovským zdrojem tepelné energie, ohřívá však pouze povrch a prostředí nehluboko pod ním. Uvádí se, že v našich zeměpisných podmínkách pronikne do hloubky 3 m méně než 0,01 % dopadajícího záření. Pod třímetrovou hloubkou, až do 10 m, je zóna, ve které není přírůstek tepla ani z atmosféry, ani z hloubky. Šířka této neutrální vrstvy se mění v závislosti například na geologické situaci, tepelné vodivosti hornin, vystavení povrchu slunečnímu záření, hloubce hladiny podzemní vody a vlivu lidské činnosti.

Z energie dopadající ze Slunce na Zemi je 36 % odraženo zpět, 23 % je pohlcováno atmosférou, 23 % je spotřebováno na vypařování vod ze zemského povrchu, z rostlin a vodních ploch do atmosféry. K vlastnímu ohřívání zemského povrchu tak zbývá pouhých 18 % původní energie, ale i tento zbytek je nejdříve pohlcen a později vyzářen v podobě dlouhovlnného tepelného záření. Kdyby tomu tak nebylo, povrch Země by se dávno rozžhavil. I když má sluneční záření rozhodující vliv na teplotu zemského povrchu, na celkovou teplotu zemského tělesa nemá prakticky vliv, a proto se při úvahách o zdrojích zemského tepla neuvažuje.

Poloha zdrojů geotermální energie

Střední Evropa není bohatá na optimální geotermální zdroje, to však neznamená, že zde v podzemí neexistují vyšší teploty. Na rozdíl od geotermicky bohatě obdařených oblastí, jako je Island nebo Sicílie, musíme ve střední Evropě proniknout do podstatně větší hloubky, abychom na podobné teploty narazili. Podrobné výzkumy pomocí vrtů probíhaly například v sousedním Německu, kde se nejlepší podmínky nacházejí v oblasti Rýnské pánve, ve které jsou již v hloubce 3000 m teploty kolem 150 °C i více. Průměrný teplotní hloubkový nárůst teploty činí 3 °C na 100 m, takže průměrná teplota v 3000 m je asi 90 °C. Na Islandu se těchto teplot dosahuje již v hloubce menší než 100 m.

V rámci studií výzkumu a vývoje Ministerstva životního prostředí byla zpracována mapa tepelného toku České republiky s použitím více než 3500 bodů – vrtů hlubších než 100 m. Tepelný tok je fyzikální veličina, která udává množství tepla (energie), které projde jednotkou plochy (1 m²) za jednotku času (1 s). Její jednotkou je W/m². Z hodnoty tepelného toku lze odvodit rychlost růstu teploty s hloubkou. V geotermice je hodnota tepelného toku nesmírně důležitým údajem, a to nejen z hlediska využití geotermální energie, ale i z hlediska geofyziky a obecně i geologie – prozradí mnoho o složení hlubších pater zemské kůry i o celkovém geologickém vývoji.

Obr. 3.3: Potenciál ploch pro využití geotermální energie v ČR

Na zemském povrchu je rozmezí hodnot tepelného toku až na výjimky mezi 30 mW/m² a 120 mW/m². Střední hodnota, vypočítaná z několika desítek tisíc měření, je 70 mW/m². Kolem činných sopek, výronů horkých vod, může však být toto číslo mnohem vyšší, až několik tisíc.

Z řady výzkumů lze odvodit, že na území České republiky je podle prvních výpočtů možné nalézt poměrně velké množství lokalit vhodných pro výrobu elektřiny a tepla na vytápění. Nejznámější jsou údaje z Karlových Varů, Teplicka a okolí Cínovce, kde hodnoty tepelného toku mohou převyšovat až 100 mW/m ². Potenciál ploch pro využití geotermální energie v ČR znázorňuje mapka na obrázku.

Aby se mohla nalézt místa, kde jsou pod zemí vysoké teploty, musí se provádět hloubkové zkušební vrty. Technika je známá již dlouhou dobu z průzkumu nalezišť ropy. U tzv. rotačního postupu je motory poháněn korunkový vrták, osazený diamantovými hlavicemi (jeho cena se pohybuje kolem 1,5 mil. Kč).

Obr. 3.4: Vrták používaný při hloubení zkušebních vrtů

V terénu při vrtání vidíme vlastně jen vrtnou soupravu, kde je ve vrtném stožáru uloženo vrtné soutyčí. Vnitřní částí vrtáku protéká pod vysokým tlakem voda, která se vtlačuje do vrtaného otvoru. Ta vymývá a vhání rozdrcený materiál horniny do prostoru mezi korunkovým vrtákem a vrtným otvorem a na čelní straně ochlazuje korunkový vrták. Pohonný systém vrtné soupravy umožňuje zaměřit osu vrtání a odklonit směr vrtu z kolmého směru.

Dlouhodobě je pro vrtáky velkým problémem vysoká koncentrace soli v termálních vodách. Sůl ve styku s kovem vede rychle ke korozi. Tyto problémy se dnes řeší speciálními povrchovými úpravami a ochrannými vrstvami materiálu.

Nejhlubší doposud realizované vrty se prováděli pro výzkumné účely na ruském poloostrově Kola. Dosáhly hloubky 12 km. Nejhlubší vrty v Německu dosáhly hloubky 9,1 km. Tyto hlubinné vrty představují v současnosti hranice technických možností. V hloubkách kolem 10 km panují již extrémní podmínky, teploty dosahují 300 °C a je zde vysoký tlak. Tyto podmínky způsobují, že horniny jsou plastické, což znesnadňuje další vrtání.

Pro geotermální využití je však zapotřebí mnohem menší hloubky. Pro velká zařízení se v současné době počítá s hloubkami zhruba 5 kilometrů. I tyto hloubky však vyžadují velmi náročnou a tím i drahou techniku.

Získávání geotermální energie

Teplo Země je možné získávat z následujících geotermálních zdrojů:

zásoby horké páry,
zásoby termální horké vody,
teplo ze suchých hornin (HDR, Hot Dry Rock).

Zásoby horké páry a termální vody se obvykle čerpají pomocí vrtů a lze je využít přímo k vytápění a ohřevu a výrobě elektrické energie. Pokud je zásoba teplé vody v podzemí malá, je nutné ochlazenou vodu přivádět nazpět, aby se kapacita takového zdroje nezmenšovala s časem. Toto teplo je využíváno například v pařížské pánvi ve Francii, v panonské pánvi v Maďarsku a v menších pánevních strukturách na Slovensku, Bulharsku a Rumunsku. U nás se jedná o oblasti české křídové pánve v Děčíně a Ústí nad Labem s teplotami 32 °C až 35 °C.

Systém HDR vychází z předpokladu, že v určité hloubce pod povrchem existují zásoby horkých hornin, které jsou prakticky suché a nepropustné pro kapaliny. Vhodnými procesy lze tyto horniny přeměnit na tepelný výměník, do kterého budeme vhánět studenou vodu a odebírat vodu zahřátou. V průměrných oblastech je v hloubkách kolem 6 km teplota hornin až 180 °C. Tlak nadložních vrstev je zde tak velký, že zabraňuje vzniku pórů a větších dutin, proto je nutné takové prostory vytvořit uměle, čímž v hloubce vzniká tepelný výměník. V takovém podzemním výměníku voda pod velkým tlakem zůstává kapalinou, cirkuluje a odebírá teplo okolním horninám. Povrchovým výměníkem se pak za nízkého tlaku přeměňuje voda na páru použitelnou pro výrobu elektrické energie. Z ekonomických důvodů se dává přednost současné výrobě elektrické energie i výrobě tepla pro vytápění.

Základní výhodou tohoto systému je:

získání prakticky neovlivnitelného zdroje energie,
získání energie kdekoliv a kdykoliv,
zanedbatelná produkce škodlivých kapalin a plynů, malého množství oxidu uhličitého,
získání ekonomicky výhodného zdroje i přes velké počáteční náklady.

Je však nutné počítat s tím, že dostatečná produkce elektrické energie vyžaduje výměník o ploše 5 km² až 10 km² a vtlačování 50 l až 100 l vody za sekundu při tlacích až 40 MPa. Také ztráty vody, hlavně na začátku procesu, jsou značné.

Testováno bylo několik druhů tohoto systému. Základním modelem jsou dva vrty propojené puklinami. Nejprve se vyvrtá jeden vrt, ze kterého se vytvoří v hloubce puklina. Po ověření jejího směru se do tohoto prostoru vyvrtá druhý vrt. Ekonomicky výhodnější je vytvoření systému více puklin. Vzdálenost vrtů se pohybuje mezi 300 m až 1000 m.

První projekt na využití systému HDR byl zahájen v roce 1970 v Los Alamos Scientific Laboratory v Novém Mexiku v USA. Geofyzikové navrhli propojení dvou vrtů umělým štěpením hornin a do jednoho vrtu vhánět vodu a z druhého odebírat páru jako z výměníku tepla. Přes počáteční potíže se nakonec ukázaly možnosti uplatnění tohoto systému. Výpočty ukázaly, že ochlazení 1 km³ horniny umožní provoz tepelné elektrárny o výkonu 30 MW po dobu 30 let. Obdobný systém je prakticky možno uplatnit kdekoliv a je jen otázkou výběru lokalit, kde by bylo možné podobný systém uplatnit případně i v menších hloubkách. Vliv odběru zemského tepla neovlivňuje životní prostředí. Výhodné by bylo, aby ve zvolené lokalitě byly horniny již částečně rozpukány, aby propojení umělou cirkulací bylo snazší a méně nákladné.

Nejdůležitější projekty zaměřené na využití energie z HDR probíhaly a probíhají v Německu, Velké Británii, Francii, Švédsku a Japonsku. Podle těchto výzkumů je možné požadavky na uplatnění systému HDR formulovat takto:

hloubka výměníku by neměla být větší než 5 km, a to s ohledem na současné možnosti vrtné technologie a na náklady vrtání,
teplota v zásobníku tepla musí být vyšší než 180 °C, což zaručuje dostatečnou efektivitu přeměny tepla na elektrickou energii,
plocha výměníku by neměla být větší než 3 km²,
pukliny v horninách by měly být přibližně 1,5 mm s ohledem na cirkulaci vody,
minimální množství cirkulující kapaliny je 78 l/s, což by stačilo k transportu dostatečného množství energie do povrchových výměníků.

Největší nákladovou položkou při získávání tepla z velkých hloubek jsou vrty. Přitom to nejsou jen náklady na vrtání, které jsou zdrojem problémů. Z komerčního hlediska nesmíme podcenit ani riziko spojené se samotným vrtem. Ani nejlepší geologové nemohou vždy přesně předvídat, jak a čím je podzemí tvořeno. Jestliže se při vrtání narazí na tvrdou krystalickou horninu namísto měkké usazeniny, náklady se navýší. Jestliže se ukáže, že teploty jsou v hloubce nižší, než se předpokládalo, pak to může vést dokonce ve fázi průzkumných vrtů až k odstoupení od projektu. Často se v podzemí objeví i jiná překvapení. Při vrtání došlo například v hloubce 2000 m k objevení ropného pole. Bylo nutné provést ještě další vrt k odtěžení ložiska ropy.

I když v průběhu prací na vrtu proběhne všechno dobře, platí, že polovina všech nákladů jde na vrub vrtů. Proto jsou ceny za geotermální proud vyšší než za proud vyráběný z větrných nebo vodních zdrojů. Politika většiny států směřuje k podpoře energie získané z ekologických zdrojů, proto energii vyrobenou tímto způsobem dotuje.

V oblastech bohatých na geotermální zdroje jsou náklady výrazně nižší. U hloubky vrtů kolem několika set metrů klesá jejich podíl na celkových nákladech. Jestliže jsou v malé hloubce nebo dokonce těsně pod povrchem již relativně vysoké teploty, můžete si, podobně jako na Islandu, dovolit provozovat veřejná přírodní koupaliště i v zimě.

Zpět na začátek

3.2 Historie využití geotermální energie

Datování prvních zpráv o měření teploty pod zemským povrchem je nepřesné, stejně jako jsou rozporuplné současné údaje o počátcích vědeckého výzkumu zemského tepla. Víme, že již starověcí přírodovědci a filozofové psali o podzemním ohni. Ze středověkých kronik lze vyčíst, že např. v kutnohorských stříbrných dolech několik set metrů pod povrchem byly teploty mnohem vyšší než na povrchu. Další údaj z českého území napovídá, že v příbramském dole Vojtěch, kde se poprvé na světě v roce 1873 prorubali hlouběji než 1000 m pod povrch, byly teploty přibližně 50 °C. Často bývá uváděno, že první známou zmínkou o vědeckém měření pod povrchem je zaznamenávání teploty v anglických dolech v roce 1733. Bohužel údaje o naměřených hodnotách se nedochovaly.

Také existují metody z 19. století, které se na základě úvah o postupném chladnutí Země z počáteční teploty 6000 °C (teplota na povrchu Slunce a původní předpokládaná teplota Země) snažily odhadnout stáří Země (výsledky se pohybovaly mezi 20 miliony a 100 miliony let). Ke zvratu v těchto názorech došlo po objevení přirozené radioaktivity a do výpočtů bylo nutno zahrnout teplo vznikající při radioaktivních reakcích.

Sledujeme-li využití geotermální energie, musíme se vrátit až do starého Říma, kde vytápěli své termální lázně přírodní teplou vodou, která byla také využívána v dnešním Německu, Francii, Španělsku, Řecku, Turecku a dokonce i Anglii. I některé civilizace na Blízkém i Dálném východě využívaly termální prameny, zprávy jsou z Číny i Japonska. Od roku 1888 používali lidé na Islandu teplou vodu na vytápění skleníků, od roku 1928 bylo hlavní město Reykjavík postupně zásobováno teplem z geotermálních zdrojů. Reykjavík je hlavní město Islandu a zároveň jeho nejsevernější město. Žije v něm 62 % celkového počtu obyvatel Islandu. Reykjavík patří mezi nejčistší města na světě – díky větrnému počasí, ale především díky tomu, že se zde používá geotermální energie. Název Reykjavík znamená v překladu „zátoka dýmu“. Zátoka dýmu proto, že tu bylo mnoho páry vznikající u termálních pramenů. Celé město je vytápěno podzemní teplou vodou, která má teplotu 80 °C. Dokonce jsou vytápěny i chodníky a hlavní třídy, takže v zimě se na nich nedrží sníh a nezamrzají.

V roce 1827 navrhl Ital Francesco Larderel využití přehřáté páry na výrobu kyseliny borité, což zřejmě bylo první průmyslové využití geotermální energie. Místo dodnes nese jeho jméno.

V roce 1904 využil na stejném místě poprvé v historii Ital Pierro Ginori Conti geotermální energii k výrobě elektrické energie. Pára získaná ze Země pohybovala malou turbínou a vzniklá elektrická energie napájela pět žárovek. V roce 1911 se zde začalo se stavbou první geotermální elektrárny, která byla dokončena v roce 1913, a její výkon byl 250 kW. Asi půl století to byla jediná geotermální elektrárna na světě. Princip byl jednoduchý: chladná voda se pumpovala do vřelých žulových hornin, které se nachází blízko povrchu a ven vycházela vřelá pára o teplotě větší než 200 °C. Tato pára měla velký tlak a pohybovala rotory generátorů. Přestože byla všechna tovární zařízení v Larderellu zničena během druhé světové války, po válce byla znovu obnovena a používají se dodnes. V současné době tato elektrárna napájí kolem milionu domácností a vyrábí asi 5000 GWh elektrické energie za rok, což je kolem 10 % celkové světové výroby proudu z geotermálních zdrojů. I když je geotermální energie obnovitelný zdroj energie, tlak páry se v Larderellu zmenšil od roku 1950 o 30 %.

Obr. 3.5: Stará a v pozadí nová elektrárna v Larderellu

V roce 1847 bylo objeveno geotermální pole The Geysers v Údolí Napa v severní Kalifornii nedaleko od San Francisca. S vrtným průzkumem se tu začalo v roce 1920, s výrobou elektřiny z páry v roce 1960. Z některých vrtů pára uniká takovou silou, že se je nepodařilo uzavřít. Dnes se zde získává elektrická energie až 10 MW z dvaceti vrtů hloubky 2–3 km (nejhlubší 3,2 km), které produkují 1–2 miliony kg přehřáté páry o teplotě 250 °C za hodinu. Efektivita výroby tepelné energie je však nízká, pouze asi 15 %. The Geysers vyrábí nejvíc energie z geotermálních zdrojů na celém světě. Bylo zde vyhloubeno celkem 600 vrtů.

V Japonsku byla první geotermální elektrárna postavena v roce 1966 u města Matsukawa. V současné době je v této zemi osm geotermálních energetických centrál o výkonu 1 MW až 50 MW. Jsou zde využívány jak hydrotermální, tak vulkanické systémy. V posledních letech se uplatňují i systémy HDR.

Zpět na začátek

3.3 Geotermální teplárny a elektrárny

Geotermální teplárny

Pokud jsou v oblasti s ložiskem termální vody k dispozici hloubkové vrty, lze zajistit poměrně snadnou dodávku tepla. Geotermální teplárna je vybavena dopravním čerpadlem, které z technologického hloubkového vrtu dopravuje horkou termální vodu na povrch. Protože má termální voda většinou velký obsah minerálních solí a vykazuje i přítomnost určitých přírodních radioaktivních příměsí, není sama přímo teplonosným médiem. Tepelný výměník odebírá termální vodě její vnitřní tepelnou energii a předává ji do sítě dálkového vytápění. Vrt pro zpětnou injektáž technologické vody zajišťuje dodávku ochlazené termální vody zpět do země.

Obr. 3.6 Schéma geotermální teplárny (obrázek – animace)

Pro účely získání tepla pro účely vytápění stačí poměrně nízké teploty pod 100 °C. Proto se nepočítá s velkými hloubkami vrtů. Ve středoevropské oblasti jsou hloubky do 2000 m dostačující. Centrální výtopna reguluje dodávané množství v závislosti na spotřebě tepla. Kotel pro vyrovnávání špičkového odběru vyrovnává spotřebu tepla. Rezervní kotel má rovněž opodstatnění, aby se pro případné problémy v čerpací stanici nebo ve vrtu mohla zajistit garantovaná dodávka tepla.

Geotermální elektrárny

Výroba proudu z geotermálních zdrojů je vždy složitější než zajištění tepla. Především se energetika musí vyrovnat s relativně nízkou teplotou geotermálního média, což vyžaduje nové koncepce výroby elektrické energie. Momentálně rozlišujeme čtyři základní druhy geotermálních elektráren:

princip suché páry (Dry steam),
Flash princip (Flash steam),
princip ORC (Organic Rankine Cycle),
elektrárny HDR (Hot Dry Rocks).

Princip suché páry (Dry steam)

V optimálních geotermálních lokalitách, tam, kde lze ze Země získat páru o teplotě 200–300 °C, lze využít normálních elektráren s parními turbínami. Pára se využije přímo pro pohyb turbín generátoru. Tento způsob výroby elektrické energie z geotermálních zdrojů je nejstarší a stále vyhledávaný, jelikož je jednoduchý a finančně méně náročný. Zmíněná první geotermální elektrárna na světě v Larderellu pracuje na tomto principu. Momentálně největší elektrárna, která používá „Dry steam“ princip, je také již zmiňovaná elektrárna The Geysers v severní Kalifornii, která byla postavena v roce 1960. Elektrická energie, kterou vyrábí, je dostatečná pro zásobování města o velikosti San Francisca.

Animace 3.1 Princip suché páry (Dry steam)

Flash princip (Flash steam)

Flash princip používá vřelou vodu z geotermálních rezervoárů, která je pod velkým tlakem a má teplotu nad 180 °C. Čerpáním vody z těchto podzemních zdrojů na povrch se zmenšuje její tlak a voda se mění v páru. Takto vzniklá pára uvádí do pohybu turbínu. Voda, která se v páru nepřemění, se vrací zpět do rezervoáru pro další použití. Většina současných moderních geotermálních elektráren používá tento princip.

Animace 3.2 Flash princip (Flash steam)

Princip ORC (Organic Rankine Cycle)

Při teplotách 100 °C nebo méně již geotermální energie na odpaření vody nestačí. Obvyklou turbínu pracující s vodní parou už nelze použít. V tomto případě se využívá principu tzv. ORC elektrárny. U tohoto principu se horká voda používá na zahřívání tekutiny, která má významně nižší teplotu varu než voda. Používá se například Isopentan PF5050. Tepelný výměník předává teplo získané z geotermálního oběhu této tekutině, která se pak mění v páru a pohybuje turbínami generátoru. Tato pracovní látka se odpařuje pod vysokým tlakem, ale při teplotách nižších než 100 °C. V kondenzátoru se sráží a zpětně se navrací jako kapalné médium do oběhu. Zbývající teplo se odvádí do chladící věže. Napájecí čerpadlo opět dodává oběhu pracovního média tlak a tepelný výměník uzavírá celý tento oběh.

Animace 3.3 Princip ORC (Organic Rankine cycle)

Výhoda tohoto způsobu výroby elektrické energie je relativně větší účinnost, která je však při teplotách kolem 100 °C stále jen asi 10 %. O něco málo vyšší účinnost nabízí tzv. Kalinův proces, ve kterém je pracovním médiem směs amoniaku a vody. Dalšími výhodami jsou dostupnost geotermálních zdrojů s nižší teplotou, která je mnohem větší než u ostatních způsobů a úplná uzavřenost systému s ohledem na to, že se použitá voda vrací zpět, a tak je ztráta tepla menší a nedochází také ke ztrátám vody. Většina plánovaných nových geotermálních elektráren bude používat tento princip.

Geotermální HDR elektrárny

Vrty do hloubek 5000 m jsou téměř vždy zaměřeny na geotermální výrobu elektrické energie. V těchto hloubkách se i v geotermálně horších regionech udržují teploty v řádu 200 °C a nejsou zde ložiska termálních vod. Nacházejí se zde horké suché horniny – Hot Dry Rocks (HDR). Aby se mohlo teplo horninám odebírat, musí být vytvořeny umělé podzemní dutiny, proto se do vrtů vhání pod tlakem voda. Vlivem tepla expanduje, vytváří nové trhliny a rozšiřuje stávající spáry. Tak vzniká systém podzemních puklin, které mohou zpřístupnit mnoho krychlových kilometrů horniny. Tyto aktivity mapují ultrazvukové sondy.

Obr 3.7 Princip HDR elektrárny (obrázek – animace)

Pro geotermální výrobu elektrického proudu přivádí čerpadlo studenou vodu jedním vrtem do hloubky, tam vniká do trhlin a puklin v krystalické hornině a ohřívá se na teplotu 200 °C. Dalšími vrty se dopravuje horká voda zpět na povrch, kde odevzdává teplo ve výměníku pro výrobu elektrické energie, která se dále rozvádí. V 70. letech minulého století se konaly v Los Alamos v USA první testy technologie HDR. V Německu byl v roce 1987 založen evropský výzkumný projekt HDR technologie. Cílem je vytvořit pilotní projekt elektrárny. V roce 2004 byla ve Švýcarsku založena společnost, jejímž cílem je výstavba prvních komerčních HDR elektráren.

Pro plánování geotermálních elektráren jsou nejdůležitějším faktorem maximální dosažitelné teploty. Dimenzování výměníku, sítě dálkového rozvodu tepla a procesů v elektrárně vychází z předpovídaných teplot. Geologové se snaží v předstihu zjistit, v jakých hloubkách se dá očekávaných teplot dosáhnout. V tomto případě je důležitý sběr geologických údajů se stávajících sondážních vrtů.

Kromě teplot je velmi důležité i množství vody, které je možné vyčerpat na povrch. Pro větší výkony je potřeba větší množství. Podle toho musí být dimenzován průměr vrtu a výkon čerpadla. Je rovněž důležité, aby teplota termální vody při přepravě potrubím příliš neklesala. Velké elektrárny odebírají z hlubin více tepla, než se ho do dané oblasti dostává. Nedá se úplně zabránit postupnému ochlazování využívané oblasti. Cílem je, aby se z dané oblasti mohla odebírat voda o požadované teplotě minimálně 30 let, tomu se musí přizpůsobit vzdálenosti vrtů. Po této době teploty mohou klesnout pod plánovanou hodnotu, a tím samozřejmě poklesne i výkon geotermálního zařízení. Pro další využití se musí otevřít další lokalita, kterou však lze umístit jen pár kilometrů od lokality stávající.

Zpět na začátek

3.4 Využití geotermální energie

Využití geotermální energie ve světě

Jak již bylo uvedeno, při získávání geotermální energie můžeme rozlišit tři hlavní systémy. První dva jsou klasické a jsou využívány již dávno, a to systém s horkou parou a systém s horkou vodou. Jako třetí je systém suchého tepla HDR. Geotermální energie se nevyužívá jen pro vytápění a výrobu elektrické energie, využití je dalekosáhlé a závisí na tom, zda jde o páru, či horkou vodu, a na tom, jak horká voda je. Využívá se například pro výrobu papíru, sušení masa a zemědělských produktů, destilaci alkoholu, destilaci na pitnou vodu, praní, pěstování hub, lázeňství a podobně.

Geotermální systémy s horkou parou jsou považovány za nejefektivnější, nejsou však tak časté. Jejich příklady jsou Larderello v Itálii a The Geysers v USA.

V Německu je využití geotermální energie vázáno jen na některé městské lokality, ve kterých od počátku 90. let probíhá postupná instalace vytápění geotermální horkou vodou. První geotermální elektrárnou v Německu je elektrárna ve městě Neustadt-Glewe mezi Berlínem a Hamburkem. Zařízení fungující na principu ORC bylo uvedeno do provozu v roce 2003 a má výkon 230 kW. Ve stejné lokalitě se nachází i geotermální teplárna s tepelným výkonem 10,4 MW, která byla uvedena do provozu v roce 1994. Od roku 2007 byly v Německu uvedeny do provozu další dvě geotermální elektrárny s vrty sahajícími do hloubek 3 km–3,5 km.

Zkušenosti s využíváním teplých vod ve Francii jsou podobné jako v Německu. Nejzajímavější oblastí z tohoto hlediska je pařížská pánev, kde byla většina zařízení vybudována v letech 1981 až 1986. Dnes je ve Francii přibližně 70 geotermálních výtopen, z nichž přibližně 80 % leží v okolí Paříže. Tato zařízení dodávají teplo do více než 200 000 bytů. Typická vytápěcí jednotka jsou dva vrty hluboké přibližně 1,7 km, jeden je čerpací, druhý vsakovací. Vrty jsou přibližně 5 až 10 km od sebe. Tepelná kapacita jednotky je 10 MW a cirkulace vody je 40 až 80 l/s. Náklady na zařízení nejsou malé, výtopny jsou však z ekonomického hlediska výhodné a počítá se s jejich životností 25 až 40 let.

Mezinárodní geotermální asociace (IGA) ve výroční zprávě z roku 2010 uvedla, že ve 24 zemích světa je v provozu již 260 elektráren a tepláren využívajících zemského tepla s celkovým elektrickým výkonem 10 715 MW.

Země	Výroba elektřiny [MW]	Přímé použití [MW]
USA	3000	14600
Filipíny	1900	8000
Indonésie	1200	4385
Mexiko	960	5682
Itálie	850	3762
Japonsko	530	3530
Nový Zéland	345	2900
Island	140	375

Tab. 3.2: Státy s největším využíváním geotermální energie

V evropských zemích kromě Itálie a Islandu je využívání této energie významnější ve Francii, Německu, Maďarsku, Portugalsku a Rumunsku.

Země	% z celkové výroby el. energie
Filipíny	21,5
El Salvador	20,0
Nikaragua	17,2
Island	14,7
Itálie	1,7
USA	0,4

Tab. 3.3: Účast geotermální energie na celkové výrobě elektrické energie

Přímé použití využívá jak vysokoteplotních, tak i nízkoteplotních zdrojů, a proto je ve světě mnohem rozšířenější než výroba elektřiny z geotermálních zdrojů. Má ovšem svá specifika z hlediska oblastí, prostředí a trhu, neboť páru a horkou vodu můžeme dopravovat na větší vzdálenosti od zdroje jen s obtížemi. Jak už bylo zmíněno, nejdelší zařízení tohoto druhu je na Islandu a měří 70 km.

Z hlediska možnosti přímého použití mají některé země vydatné zdroje. Například v Číně jsou horké vody téměř v každé provincii. Přímé využití v celé zemi roste každoročně přibližně o 10 %, hlavně jako náhrada za uhlí pro vytápění, rekreační a turistické účely, při chovu ryb a v zemědělství. V Japonsku se zdroje využívají z 80 % pro rekreaci a turismus. V této zemi je ovšem potenciál využití mnohokrát vyšší. V posledních letech se do popředí dostává i Turecko. Do první patnáctky států v pořadí podle přímého využití geotermální energie patří například i Švédsko a Švýcarsko, kde jsou ovšem převážně pouze nízkoteplotní zdroje s využíváním tepelnými čerpadly.

Pokud bychom určovali procentuální zastoupení geotermální energie na celkové výrobě energie, je na prvním místě právě Island, kde geotermální zdroje tvoří 50 % ze všech možných energetických zdrojů a daleko převyšuje úlohu ropy, uhlí a vodních zdrojů.

Sečteme-li celkové množství elektrické energie získávané z geotermálních zdrojů na celém světě, dojdeme k číslu, které je na první pohled malé, jedná se o méně než 0,02 % světové energetické spotřeby. Je však nutné brát v úvahu výrazně zvyšující se trend v posledních letech.

Zajímavé je srovnání produkce geotermální energie se světovou spotřebou energie. Například Spojené státy spotřebují 4 krát více energie na jednoho obyvatele za rok než Evropa a přibližně 65 krát více než Indie.

Pravidlem je, že v zemích s teplejším podnebím se při využívání geotermální energie uvažuje spíše o výrobě elektřiny, naopak v zemích s chladnějším klimatem se klade do popředí vytápění obydlí, průmyslových podniků a skleníků. O použití pro rekreační, lékařské a sportovní účely se usiluje ve všech zemích.

Využití geotermální energie v ČR

Geotermální potenciál v jednotlivých částech našeho území je značně proměnlivý, hlavně ve vztahu ke geotermálním, geologickým a hydrogeologickým podmínkám. Při zpracování území určitého regionu je nutné rozdělení na plochy nejvhodnější pro využití geotermální energie pro jednotlivé objekty a na plochy vhodné pro větší zdroje využitelné pro hromadné zásobení teplem nebo výrobu elektrické energie. V místech husté zástavby je však nutné detailně propočítat potenciální možnosti využitých ploch, aby nedocházelo k rychlému prochlazování zemské kůry.

Využití potenciálu geotermální energie v současné době předpokládá vyšší investiční náklady než u jiných zdrojů tepelné energie.

V poslední době byl počítán potenciál geotermální energie jak pro obce, tak i pro okresy a kraje, a to pro potřeby energetických studií i pro vybudování lokálních geotermálních elektráren. Vyčíslení potenciálu geotermální energie bylo řešeno řadou výzkumných organizací.

V České republice se převážně soustřeďujeme na využití primárních zdrojů o nižší teplotě (nízkopotenciální energie), což je energie hornin v povrchových vrstvách a energie mělkých podzemních vod. Vyplývá to nejen z geologické situace, ale také ze zkušeností jiných zemí. Využití zemského tepla je však nutno posoudit v každé oblasti zvlášť, jelikož jeho rozložení v zemské kůře v hloubkách 1 až 2 km je velmi nepravidelné.

Geotermální energie se v ČR využívá v menších aplikacích v lázeňství, ve větších systémech přímým použitím geotermální vody jako teplé užitkové vody a pro vytápění objektů.

Město Ústí nad Labem využívá geotermální energii k vytápění plaveckých bazénů a také k vytápění zoologické zahrady.

V Děčíně je geotermální energie využívána pro vytápění téměř poloviny celého města. Před několika lety se zde uskutečnil zatím největší projekt využití hydrotermální energie na našem území – teplárna s vrtem do hloubky 550 metrů. Celý projekt v Děčíně včetně přípravných prací, geotermálního vrtu, stavby zdroje, rozvodné soustavy a přivaděče pitné vody do městského vodojemu stál přes 550 milionů korun. Energie je v Děčíně ukryta v obrovském podzemním jezeře, z něhož vytéká na povrch voda o teplotě 30 °C přirozeným přetlakem. Po vychlazení na 10 °C a jednoduché úpravě splňuje požadavky na pitnou vodu a je dodávána do městského vodojemu v objemu kolem 1 milionu m³ ročně. K přečerpávání vody a jejímu dalšímu zahřívání na 90 °C, aby mohla vytápět domácnosti, je nutná energie. Tato elektřina pro pohon kompresorů tepelných čerpadel se vyrábí pomocí kotlů na zemní plyn. Není tedy čistě z obnovitelných zdrojů. Přesto díky hydrotermálnímu zdroji ušetří společnost oproti minulosti 10 000 tun CO₂ ročně a třetinu zemního plynu, nepočítáme-li obrovské snížení znečištění ovzduší oxidem siřičitým. Do zprovoznění teplárny na zemní plyn totiž v Děčíně teplo produkovali centrálním spalováním hnědého uhlí a mazutu. Na hydrotermálním zdroji tedy vydělali místní obyvatelé hned dvakrát – zlepšením ovzduší i snížením cen tepla.

Geotermální elektrárny v ČR

Projekty na výstavbu geotermálních elektráren na našem území existují pro Dětřichov na Frýdlantsku, Liberec a Litoměřice. Ve všech případech však nelze počítat s využitím hydrotermálního zdroje (horké vody nebo páry pod povrchem země), nýbrž pouze s využitím tepla suchých hornin (HDR), které skrývají v hloubce 5 km teploty až 200 °C. V celé České republice není žádné místo, kde by bylo naleziště horké vody vhodné pro výrobu elektrické energie. Horké prameny, které vyvěrají v lázeňských městech, se pro takové komerční účely využít nedají. Řešení výstavby geotermální elektrárny je proto velice problematické.

Protože podmínky výstavby geotermální elektrárny jsou v různých místech naší republiky podobné, počítá se obecně s investicí ve výši 1,4 miliardy korun a návratností za dobu 25 až 30 let. Elektrárna by měla poskytovat přibližně 50 MW tepelné energie a 5 MW elektrické energie.

V Liberci proběhly zkušební vrty za 250 milionů korun. Hlavním investorem byla skupina ČEZ, která se měla zároveň stát hlavním podílníkem. Parametry této geotermální elektrárny byly o něco skromnější, mělo se jednat o pouhé jednotky, možná desítky MW. Společnost ČEZ však v roce 2011 výstavbu zastavila. Hlavním důvodem zastavení projektu byla jeho malá výnosnost. Investoři mají v České republice vytipovány desítky lokalit, kde by geotermální elektrárny mohly stát. Všechny projekty jsou ale nejisté, protože chybějí peníze. Banky nechtějí toto rizikové odvětví financovat. Geotermální elektrárny představují novou oblast, s níž ještě finanční ústavy nemají dostatek zkušeností, a proto jsou zdrženlivější. Obdobná situace byla před lety i s financováním solárních elektráren. Banky nejprve musely porozumět tomu, jak fungují a jaká rizika jsou s tímto podnikáním spojená. Nejistotu ohledně využití geotermální energie měl rozptýlit právě liberecký projekt, jehož financování měl ČEZ zajistit z vlastních zdrojů.

Situace v Dětřichově je podobná. Podle původního záměru se na přelomu roku 2010 a 2011 měly připravovat zkušební vrty, ale kvůli komplikacím s financováním a také očekávanými problémy v souvislosti s novým zákonem o podpoře obnovitelných zdrojů byly práce pozastaveny.

S plány na výrobu elektřiny pomocí hlubinných vrtů jsou zatím nejdál v Litoměřicích. Litoměřice jsou ideální v tom, že se zde kříží dva tektonické zlomy, a proto by měla být energie z hloubky posílena i o tzv. sálavé teplo z hlubších, magmatických vrstev. Navíc do jednoho kilometru pod povrchem sahají tzv. permokarbonské sedimenty, které fungují jako „deka“ izolující žulové podloží, takže teplo moc neuniká k povrchu země. Litoměřice mají nesporně ještě jednu výhodu. Pro cirkulaci tepla v puklinovém podzemním výměníku je potřebná voda, kterou teplo v hloubce ohřívá. V Litoměřicích teče Labe, které je jejím dostatečným zdrojem.

V hloubce 5 km se předpokládá teplota horniny okolo 180 °C, jež by umožnila ohřívat vháněnou vodu na požadovanou teplotu a tuto energii předávat na povrchu výměníkové stanici. Celý systém by se měl skládat z jednoho tzv. injekčního vrtu, kterým je voda vháněna dolů, a z dvou tzv. produkčních vrtů, jež budou ohřátou vodu, resp. páru přivádět zpět na povrch. Mělo by dojít k náhradě celého dosavadního tepelného zdroje z fosilních paliv, čímž by došlo k odstranění největšího zdroje znečišťování ovzduší ve městě.

První výpočty o zásobě geotermální energie pod Litoměřicemi se odhadují na 30 let. Příčinou tohoto celkem krátkého časového úseku je nutnost neustále ochlazovat podzemní horniny studenou vodou. Horniny by se ale měly zároveň ohřívat od okolních vrstev, což by mohlo čerpání geotermální energie prodloužit o několik let. Pokud by pukliny v hornině byly rozloženy tak, že by se voda ztrácela, celý projekt by byl neefektivní.

V roce 2007 byl započat projekt průzkumného vrtu, který dosáhl hloubky 2 101 m a měl potvrdit geofyzikální průzkumy a výpočty, které by následně umožnily využití geotermální energie. Průzkumný vrt byl úspěšně zrealizován, potvrdil předpokládané parametry a otevřel tak cestu k přípravě geotermálního vrtu.

Na počátku roku 2009 bylo vydáno oznámení záměru vztahující se k výstavbě teplárny a geotermální elektrárny, ovšem na jaře roku 2011 došlo ke změnám v litoměřickém projektu z důvodů sporů s firmou provozující ve městě tepelné rozvody. V novém územním řízení projekt obnáší jak teplárnu, tak i novou rozvodnou síť a investorem by mělo být město, které bude žádat o dotaci z Evropské unie. V původních plánech bylo využití již existující rozvodné soustavy. Celý projekt navíc prošel změnami a modernizací, a tak by podle něj v optimistickém případě bylo možné dodávat levné a ekologické teplo až 90 procentům obyvatel města, což je výrazně víc než v původních plánech. Navíc se nově počítá i s napojením blízkých obcí, kde velká část domácností stále topí uhlím a nevyhovující kotle výrazně znečišťují ovzduší.

Odhady celkových nákladů se vyšplhaly na 2,5 miliardy korun. Významnou část z nákladů tvoří pojištění pro případ, že by vrty z nějakého důvodu nedodávaly plánované množství energie. Nejdražší na celém projektu jsou asi speciální vrtné hlavice z oceli poseté diamanty, které se v tvrdé žule rychle obrousí a je třeba je po každých asi sto metrech vrtání vyměnit. Litoměřice plánují dosažení energetické soběstačnosti v roce 2020.

Zpět na začátek

3.5 Geotermální energie a životní prostředí

Využití geotermální energie pro vytápění nebo výrobu elektrické energie je spjato s produkcí horké vody nebo přehřáté páry z vrtů. Podobně jako při využití jiných zdrojů energie musí být každá lokalita posouzena z hlediska možných změn s ohledem na nepříznivé vlivy na životní prostředí.

Po využití je větší část páry nebo vody zaváděna zpět do podzemí. Jak ohromné množství vody je potřeba dokládá tento příklad: Geotermální elektrárna s tepelnou kapacitou 100 MW vyžaduje při ochlazení o 100 °C 240 l vody za sekundu. Taková spotřeba vody je pak nejdůležitějším faktorem při úvahách o vlivu na životní prostředí, a to z těchto důvodů:

může se narušit bilance podzemních vod při změně tlaků v pórech hornin a v případě, že není opětné zavedení kapalin pod zem provedeno odborně, může dojít i k poklesům povrchu,
může dojít k prochlazení hornin a s tím spojenými změnami v geotermálním systému,
do ovzduší mohou unikat plyny jako sirovodík a oxid uhličitý,
může dojít k rozpouštění minerálů hornin,
do atmosféry se může uvolňovat značné množství tepla,
může docházet k nepřiměřeným změnám povrchu při stavbě chladicích věží a potrubí,
okolí může být postiženo nadměrným hlukem.

Současné rozbory rizika jsou definovány ve standardu vydaném Evropskou unií pod názvem Riziková analýza veřejných projektů, které mají vliv na životní prostředí, kde je definováno, že geotermální energie spadá do okruhu těžby minerálních zdrojů. Riziková analýza zahrnuje popis procesu a hodnocení jeho vlivu na zájmy obyvatel a okolního prostředí se všemi složkami.

Vody teplejší než 70 °C získávané z hloubek 1 km – 2 km mají často více než 100 g rozpuštěných minerálních látek v litru. Taková voda pak může intenzivně vytvářet usazeniny v potrubí popřípadě je korodovat. Úprava takových vod vyžaduje značná množství chemikálií. Na lokalitách, jež využívají pro výrobu elektrické energie horké vody, nebo přehřáté páry o teplotě nad 150 °C se někdy produkuje velké množství odpadu. Například v geotermální elektrárně The Geysers připadlo v roce 1989 na výrobu 1000 MWh energie 10 000 t odpadu. Srovnáme-li však geotermální a ostatní elektrárny založené na spalování, z hlediska produkce oxidu uhličitého vyznívá výsledek ve prospěch elektráren geotermálních. V nich připadá jen 13–380 g oxidu uhličitého na 1 kWh, zatímco uhelná elektrárna jej produkuje asi 1050 g/kWh, ropa 900 g/kWh a zemní plyn 450 g/kWh. Také srovnání pro oxidy síry vyznívá lépe pro geotermální elektrárny. Při využití nízkoteplotních geotermálních zdrojů jsou pak emise oxidu uhličitého a oxidů síry ještě daleko nižší než u zdrojů vysokoteplotních. Systém Hot Dry Rock je v tomto ohledu ještě příznivější, jelikož neprodukuje prakticky žádný plyn.

Starší geotermální elektrárny, hlavně v rozvojových zemích, nepočítaly s injektáží vody zpět pod povrch. To často vyústilo v nadměrné znečištění povrchových vod. U novějších projektů našly neinjektované odpadní vody jiné využití, v polosuchých oblastech, se teplá voda využívá k zavlažování, čímž se šetří pitná voda.

Přes značné environmentální přednosti geotermálních elektráren je jasné, že z technického hlediska nejsou příliš efektivní, neboť jejich účinnost je 10–20 %. Ke zvýšení efektivity se navrhuje zejména kombinované využití tepla a elektřiny. Studie ukazuje, že je možné produkovat 10 kW tepla, jestliže je výroba elektrické energie snížena o 1 kW. Kombinovaný systém výroby tepla a elektřiny je nejefektivnější pro produkci 10 MW až 100 MW. Podmínkou ovšem je, že teplo musí být využito v blízkosti elektrárny.

Je dobře známo, že odpadní teplo je obecným problémem většiny elektráren. Jsou však možnosti likvidovat odpadní teplo chlazením při míchání s povrchovou říční vodou nebo chladicími věžemi. Likvidace tepla je nutná z hlediska životního prostředí, a proto hledání zmíněných metod kombinovaného využití je velmi perspektivní. Známé a mnohokrát diskutované je porušení rázu krajiny chladicími věžemi elektráren a rozvodů zemními i nadzemními rozvody. Velmi nešetrný k životnímu prostředí je i nadměrný hluk při vrtání nebo stavbě čerpacích stanic. Přesto však konvenční elektrárny jsou z tohoto hlediska méně ohleduplné, neboť vyžadují transport energetických zdrojů a v případě jaderných elektráren použití různých metod k ukládání radioaktivního odpadu.

Většina geotermálních elektráren není ještě v provozu tak dlouho, aby bylo možno podrobně posoudit jejich vliv na životní prostředí. Dnes je však již dobře známo, že z hlediska dlouhodobého vývoje je využití tepla horkých vod méně rizikové než systém Hot Dry Rock. Jeho aplikace totiž může vyvolat změny tlaku a jiných podmínek v horninových strukturách. S tím souvisí relativně neprozkoumané riziko možných seismických aktivit. Koncem roku 2006 v Basileji v hloubce 5 000 m, při vhánění vody do vrtu pro HDR elektrárnu, došlo k malému zemětřesení o síle 3,4° Richterovy stupnice. Vzniklé škody byly 9 milionů dolarů. Projekt čerpání geotermální energie tak byl přerušen. Elektřinu z vrtů čerpalo přibližně 10 000 domácností a zhruba 2 700 domácností geotermální energii využívalo k vytápění. Následně byly práce na vrtech pozastaveny. Škody pak geotermální firma v plném rozsahu uhradila. Mírnější zemětřesení (2,9°) provázelo i spuštění první francouzsko-německé experimentální geotermální elektrárny o výkonu 2 MW, která je kombinovaná s teplárnou.

Dokud nebudou vědci schopni s velkou přesností určit, zda a nakolik může vhánění tlakové vody vyvolat otřesy, představují projekty HDR v hustě obydlených regionech určité riziko.

Technicky nejdostupnějším zdrojem geotermální energie je využívání podpovrchových vod Země. Využívání takového zdroje je však více méně omezeno na vytápění obytných budov, skleníků a na sportovní či lázeňské účely.

Mnohé země průběžně rozvíjejí různé formy využití geotermálních zdrojů. Roční tempo růstu využití geotermálních zdrojů je však ve srovnání s ostatními zdroji obnovitelných energií mnohem skromnější.

Geotermální energie však disponuje velkým potenciálem. Také na rozdíl od ostatních obnovitelných zdrojů, jako je sluneční energie, větrná nebo vodní energie, není dostupnost geotermální energie ovlivněna denními nebo ročními fluktuacemi. Proto je geotermální energie spolehlivým stavebním kamenem pro bezemisní výrobu energie.

Zpět na začátek

Testové otázky

Zpět na začátek